JPH04502360A - Sensor element for limiting current sensors for measuring the λ value of gas mixtures - Google Patents

Sensor element for limiting current sensors for measuring the λ value of gas mixtures

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JPH04502360A
JPH04502360A JP2500119A JP50011990A JPH04502360A JP H04502360 A JPH04502360 A JP H04502360A JP 2500119 A JP2500119 A JP 2500119A JP 50011990 A JP50011990 A JP 50011990A JP H04502360 A JPH04502360 A JP H04502360A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は請求項1記載の種類による限界電流式センサのためのセンサ素子からの 発案である。拡散限界電流原理に従って作動するこの種センサ素子では一般には 拡散限界電流を一定の、センサ素子の両電極に負荷している電圧で測定する。こ の電流は燃焼過程の際に発生する排ガスにおいて、ポンプ電極に対するガスの拡 散が進行する電極反応の速度を決定するかぎりは酸素濃度に依存する。このよう な、ポーラログラフイーの測定原理により作動するセンサは、陽極もまた陰極も 測定すべきガスにさらされ、その際陰極は、拡散限界電流帯域においての作動を 達成するため拡散バリヤーを有するように構成することは公知である。[Detailed description of the invention] The invention provides a sensor element for a limiting current sensor according to the type of claim 1. It was an idea. This type of sensor element, which operates according to the diffusion-limited current principle, generally The diffusion limiting current is measured with a constant voltage applied to both electrodes of the sensor element. child The current is caused by the expansion of the gas against the pump electrode in the exhaust gas generated during the combustion process. The rate at which the electrode reaction proceeds depends on the oxygen concentration. like this The sensor, which operates according to the polarographic measurement principle, has both an anode and a cathode. exposed to the gas to be measured, the cathode operating in the diffusion-limited current band. It is known to provide a diffusion barrier to achieve this goal.

公知の限界電流センサは、シリンダーで燃焼する空気:動力用燃料混合物の“全 酸素/動力用燃料の完全燃焼に必要な酸素”の比を表わす排ガス混合物のλ値の 測定のためにふつう使用される。The known limiting current sensor detects the “total The lambda value of the exhaust gas mixture represents the ratio of oxygen/oxygen required for complete combustion of the power fuel. Commonly used for measurements.

簡単で格安な製造法にもとづき近年実際にはセラミック箔およびスクリーン印刷 技術で製造できるゾンデおよびセンサ素子の製造が価値を認められた。Based on simple and cheap manufacturing methods, ceramic foils and screen printing have recently been used in practice. The value of manufacturing sondes and sensor elements that can be manufactured using technology was recognized.

簡単で合理的には平面状のポーラログラフイーのゾンデは薄片状または箔状の酸 素伝導性固体電解質、例えば安定化二酸化ジルコニウムから、製造され、該固体 電解質は両面ポンプ電極の1(内部または外部)およびそれに付属するリード板 で被覆される。その際内部ポンプ電極は有利には拡散スリットまたは拡散通路の 端にあって、それを通して測定ガスが拡散することができ、かつそれはガス拡散 抵抗として役立つ。A simple and reasonably planar polarographic sonde is a flaky or foil-like acid made from an elementary conductive solid electrolyte, such as stabilized zirconium dioxide, and the solid The electrolyte is one of the double-sided pump electrodes (internal or external) and its attached lead plate. covered with. In this case, the internal pump electrode is preferably located in the diffusion slot or in the diffusion channel. at the end, through which the measuring gas can diffuse, and it is a gas diffusion Serves as a resistance.

さらに西ドイツ特許出願公開第3543759号明細書ならびにヨーロッパ特許 公開第0142992号、同第0142993号、同第0188900号および 同第0194082号明細書からセンサ素子および検出器が公知であるが、これ らに共通していることはこれらはそれぞれ、薄片または箔状の酸素を伝導する固 体電解質および二つのその上に配置された電極からなりかつ一つの共通した拡散 スリットまたは拡散通路をもつポンプセルおよびセンサーセルを持っていること である。Furthermore, West German Patent Application No. 3543759 and European Patent Application No. 3543759 Publication No. 0142992, Publication No. 0142993, Publication No. 0188900 and A sensor element and a detector are known from the document No. 0194082; What they all have in common is that they each have a thin or foil-like oxygen-conducting solid material. consisting of a body electrolyte and two above-placed electrodes and one common diffusion Have a pump cell and sensor cell with slits or diffusion passages It is.

さらに西ドイツ特許出願公開第3834987号明細書ではガス混合物、特に内 燃機関のλ値の測定のための、0トイオン伝導性固体電解質に配設されたポンプ 電極対を有する限界電流式センサ用センサ素子が記載されているが、そこでは内 部ポンプ電極は拡散スリットを介して測定ガスに連結し該拡散スリットがスクリ ーン印刷技術で製造された固体電解質層により被覆されている。Furthermore, DE 38 34 987 A1 describes gas mixtures, in particular Pump installed in an ionically conductive solid electrolyte for the measurement of the λ value of a combustion engine A sensor element for a limiting current type sensor with an electrode pair is described; The pump electrode is connected to the measuring gas through a diffusion slit, and the diffusion slit is connected to the screen. It is coated with a solid electrolyte layer produced using a thin printing technique.

特に多数の固体電解質層の積層により、特に安定化されたZr01をベースとす る箔の積層により製造される公知のセンサ素子の不利は拡散層の幾何学図形の事 後の変更、例えば既製の焼結済のセンサ素子の校正の目的にはふつう困難である ことである。事実限界電流ゾンデでは拡散電流の大きさは、種々の方法で製造さ れ得る拡散バリヤーの形状に依存する。セラミックゾンデにおいてはこの種拡散 バリヤーは有利には未焼結のセラミック基板上にスクリーン印刷法によって施さ れ、その後で全体を焼結する。こうして始めて限界電流が測定できる。Based on Zr01, which is particularly stabilized by the stacking of a large number of solid electrolyte layers. A disadvantage of known sensor elements manufactured by laminating foils is that the geometry of the diffusion layer is Later modifications, for example for purposes of calibration of ready-made sintered sensor elements, are usually difficult. That's true. In fact, in limiting current sondes, the magnitude of the diffusion current can be determined by various methods. depends on the shape of the diffusion barrier that can be used. This type of diffusion occurs in ceramic sondes. The barrier is advantageously applied by screen printing onto a green ceramic substrate. The whole is then sintered. Only in this way can the limiting current be measured.

この不利を排除するためには、例えばヨーロッパ特許公開第0191627号明 細書から、センサ本体に調整し得る抵抗を有するセンサ素子を使用することが公 知である。それでもここで不利であるのはこのようなセンサ素子の製造は比較的 費用がかかり高価でありかつそのためにセンサ本体に付加的な電気的接続が必要 であることである。In order to eliminate this disadvantage, for example European Patent Publication No. 0191627 From the specifications, it is public to use a sensor element with adjustable resistance in the sensor body. It is knowledge. Still, the disadvantage here is that the manufacturing of such sensor elements is relatively slow. Expensive and expensive and therefore requires additional electrical connections to the sensor body It is to be.

本発明の利点 請求項1のすぐれた特徴を有する本発明によるセンサ素子は、ヨーロッパ特許公 開第0191627号明細書から公知の素子に対して、簡単に製造することがで きかつ電気的接続部が殆ど必要ないという重要な利点があることである。本発明 によるセンサ素子の場合に既製のセンサ素子の拡散抵抗の変更が、拡散層へのガ スの入口開口部を機械的にまたはレーザー切断により順次波げることにより広い 範囲に可能であることである。従って、製造されたセンサ素子の拡散抵抗が有利 な負荷範囲で作動できるためには余りに大きいということが生じれば、こうして 調整帯域の部分を機械的な方法でまたはレーザ切断で切り離す。Advantages of the invention The sensor element according to the invention having the advantageous features of claim 1 is disclosed in European Patent Publication No. It is possible to easily manufacture the device known from Japanese Patent Publication No. 0191627. It has the important advantage that it is easy to use and requires few electrical connections. present invention In the case of sensor elements based on The inlet opening of the bath is widened by sequentially corrugating it mechanically or by laser cutting. That is within the range possible. Therefore, the diffused resistance of the fabricated sensor element is advantageous. If it happens that it is too large to be able to operate over a normal load range, then Sections of the tuning band are separated by mechanical means or by laser cutting.

調整帯域の部分の機械的切断は有利には継続する測定の間にサンドブラストまた はセラミック製鋸を用いて限界電流を一定の値に調整し、その際機械的加工によ ってトンネル入口、例えば図2により拡散層5の調整帯域8により形成されるト ンネル入口を拡げるように行う。Mechanical cutting of parts of the adjustment band is advantageously carried out by sandblasting or The limiting current is adjusted to a constant value using a ceramic saw, and mechanical processing is used to adjust the limiting current to a constant value. Therefore, the tunnel entrance, for example the tunnel formed by the adjustment zone 8 of the diffusion layer 5 according to FIG. Do this to widen the channel entrance.

レーザー切断により調整帯域の部分の切り離す場合にはレーザー切断によりトン ネル入口を、一定の限界電流が流れるまで開口して相応するように行う。When cutting off the adjustment band part by laser cutting, The channel inlet is opened accordingly until a certain limiting current flows.

拡散層の形状寸法は個々の場合の所与の状態に適合させる。このことは拡散層は きわめて異った形状および寸法を持ち得ることを意味する。The geometry of the diffusion layer is adapted to the given conditions of the individual case. This means that the diffusion layer is This means that they can have very different shapes and dimensions.

例えばそれは四角の電極の場合はこれを幾何学的に類似して被覆しまたは円形の 電極の場にはこれを円形に包むことができる。歯形の数、長さおよび互からの距 離は有利には接続し得る電極表面に依存し、拡散してくるガス量に相応して電極 が有利な負荷範囲で作動できるように選択する。For example, if it is a square electrode, cover this with a geometrical resemblance, or if it is a circular electrode. This can be wrapped around the electrode field in a circle. Number of tooth profiles, length and distance from each other The separation advantageously depends on the electrode surfaces that can be connected, and the electrode be selected so that it can operate in a favorable load range.

本発明によるセンサ素子は公知のセンサ素子の代りに通常の構造の限界電流セン サに平面の構造を利用させる。その際広帯域センサ[λ≧1コおよびリーン空燃 比センサ〔λ〉1]が考えられる。こうして本発明によるセンサ素子はポンプセ ルとしてだけで、場合により加熱素子と共に、例えばデーセルエンジンのり−ン 空燃比センサとして構成することおよび通常の、例えば西ドイツ特許出願公開第 3206903号および3537051号明細書から公知のタイプのセンサの通 例のハウジングにこのようなものとして組込み希薄のまたは豊富な排ガスにおけ る燃料−空気比率の測定に使用することができる。しかしまた本発明によるセン サ素子はポンプセルのほかにこれに加えてなお、付加的の空気照合通路で装備さ れその電極はポンプセルの拡散通路のポンプ電極の帯域において配置されそのほ かの電極は空気照合通路にあるセンサセル(ネルンストセル)を有することもで きる。The sensor element according to the invention replaces the known sensor element as a limiting current sensor of conventional construction. Let the server utilize the planar structure. At that time, a broadband sensor [λ≧1 and lean air/fuel A ratio sensor [λ>1] is considered. Thus, the sensor element according to the invention alone, possibly with a heating element, e.g. It can be configured as an air-fuel ratio sensor and as a conventional, e.g. No. 3,206,903 and No. 3,537,051 In cases of lean or rich exhaust gas built into the housing such as It can be used to measure the fuel-air ratio. But also the sensor according to the invention In addition to the pump cell, the sensor element is also equipped with an additional air verification channel. The electrode is located in the pump electrode zone of the diffusion passage of the pump cell and almost The electrode may also have a sensor cell (Nernst cell) located in the air reference passage. Wear.

図面 図面には本発明によるセンサ素子の有利な実施態様を例として示した。drawing The drawings show advantageous embodiments of the sensor element according to the invention by way of example.

個々には次のよに示した。Individually, they are shown as follows.

第1図は本発明によるセンサ素子の第1実施態様を断面図で図式に示し、 第2図は拡散層の形を俯轍図式に示し 第3図は本発明によるセンサ素子の第2の実施態様を断面図で図式に示した。FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a sensor element according to the invention in a cross-sectional view; Figure 2 shows the shape of the diffusion layer in an overhead track diagram. FIG. 3 schematically shows a second embodiment of a sensor element according to the invention in a sectional view.

実施例の記載 第1図に図式に示したセンサ素子はセラミック支持体lからなり、その上にリー ド板2′を有する内部ポンプ電極(陰極)2およびリード板3′を有する外部ポ ンプ電極(陽極)3が支持されている。該内部ポンプ電極2に測定ガスは測定ガ ス人口4および拡散層5で満されている拡散スリット6を介して導入される。Description of examples The sensor element shown diagrammatically in FIG. 1 consists of a ceramic support l, on which a lead An internal pump electrode (cathode) 2 with a lead plate 2' and an external pump electrode with a lead plate 3'. A pump electrode (anode) 3 is supported. The measurement gas is supplied to the internal pump electrode 2. It is introduced via a diffusion slit 6 which is filled with a diffusion layer 4 and a diffusion layer 5 .

ポンプ電極2、リード板2′および拡散層5は気密の被覆層7で被覆されている 。The pump electrode 2, lead plate 2' and diffusion layer 5 are covered with an airtight coating layer 7. .

第2図は歯形状の調整帯8を有する拡散層5の幾何学的形状を具体的に示す。そ の際点線は、例えば切離することのできる帯域を表わす。FIG. 2 specifically shows the geometry of the diffusion layer 5 with a tooth-shaped adjustment zone 8. FIG. So The dotted lines represent, for example, zones that can be separated.

第3図に図式に示したセンサ素子はセラミック支持体1、付属するリード板2′ を有する内部ポンプ電極2、拡散層5、固体電解質層9、付属するリード板3′ を有する外部ポンプ電極3、絶縁層10、うわぐすり11および被覆層7から構 成される。測定ガス導入は12で行われる。拡散層5はこれまた同様に、第2図 で例で示したような幾何学的形状を有することができる。The sensor element shown diagrammatically in FIG. 3 consists of a ceramic support 1 and an attached lead plate 2'. an internal pump electrode 2, a diffusion layer 5, a solid electrolyte layer 9, and an attached lead plate 3'. It consists of an external pump electrode 3 having a will be accomplished. The measurement gas introduction takes place at 12. The diffusion layer 5 is also similar to that shown in FIG. It can have a geometrical shape as shown in the example.

拡散バリヤーとして作用する多孔性の拡散層5を通常の印刷ペーストからのスク リーン印刷法により未焼結のセラミック支持体に印刷することができる。しかし また、未焼結支持体に焼き上げた層を印刷しその後で全体を焼結することもでき る。またそれに相応する幾何学形の多孔性焼結筒を拡散層形成に使用することも できる。The porous diffusion layer 5, which acts as a diffusion barrier, is made from a conventional printing paste. The green ceramic support can be printed using lean printing methods. but It is also possible to print the baked layer on a green support and then sinter the whole thing. Ru. Porous sintered cylinders of corresponding geometry can also be used to form the diffusion layer. can.

有利には調整帯域8を有する拡散層5はあらい多孔性の焼結する例えばAlto sまたはZrO,をベースとするセラミック質物質から構成する。その際拡散層 の多孔度は、焼結工程で燃焼し、分解しまたは蒸発する発泡剤の添加により調整 することができる。使用することのできる典型的発泡剤は例えばサーマルカーボ ンブラック、合成樹脂例ポリウレタンをベースとする、塩例炭酸アンモニウムお よび、例えばテオブロミンおよびインダンスレンブル−のような有機物質である 。この種の発泡剤を多孔性焼結する出発物質に、例えば多孔度10〜50%を有 する物質が生じるようなそんな量で添加する。使用する発泡剤の粒子の大きさで 決定することができる平均直径は有利には約0.1〜10μmにある。The diffusion layer 5 with adjustment zone 8 is preferably made of a coarsely porous sintered material, for example Alto It is composed of a ceramic material based on s or ZrO. In that case, the diffusion layer The porosity is adjusted by the addition of blowing agents that burn, decompose or evaporate during the sintering process. can do. Typical blowing agents that can be used are e.g. black, synthetic resins such as polyurethane-based salts such as ammonium carbonate and and organic substances such as theobromine and indanthrembyl. . The starting material for porous sintering of this type of blowing agent has, for example, a porosity of 10 to 50%. Add in such amount that a substance is produced. Depending on the particle size of the blowing agent used The average diameter that can be determined advantageously lies between approximately 0.1 and 10 μm.

有利には拡散層5をさらに、クヌーセンもまた気相拡散も生じるように形成する ことができる。このことは、拡散バリヤーを形成する拡散層がクヌーセンおよび 気相拡散からなる混合拡散のための通路システムを、西ドイツ特許出願公開第3 728289号明細書でそれが詳細に記載されているように、有していることを 意味する。Advantageously, the diffusion layer 5 is further formed in such a way that Knudsen also undergoes vapor phase diffusion. be able to. This means that the diffusion layer forming the diffusion barrier is Knudsen and A channel system for mixed diffusion consisting of gas phase diffusion was developed in West German patent application no. 728289, as described in detail in US Pat. No. 728,289. means.

セラミック支持体1は、通例センサ素子の製造に使用されるような、例えばZ  r O2またはAI、O8をベースとするセラミック物質から構成するが、有利 にはセラミック支持体1は公知の、02−イオンを伝導する固体電解質層を製造 するのに使用される4価の金属の、特に2価のアルカリ土類金属酸化物および/ または有利には3価の希土類元素の酸化物の含有量を有するZrO,、Ge01 、Hf O!およびThe、のような酸化物の1から構成する。典型的には該層 はZrO2、CeO,、HfO,またはThO2から約50〜97モル%までを およびCaO,MgOまたはSrOおよび/または希土類元素の酸化物および特 にY2O2から50〜3モル%までを構成する。The ceramic support 1 can be of the type customarily used in the production of sensor elements, for example Z. r O2 or AI, composed of ceramic materials based on O8, but advantageously The ceramic support 1 is made of a well-known solid electrolyte layer that conducts 02-ions. of tetravalent metals, especially divalent alkaline earth metal oxides and/or or ZrO, Ge01, preferably with a content of oxides of trivalent rare earth elements , Hf O! and the oxides such as The. Typically the layer from about 50 to 97 mol% from ZrO2, CeO, HfO, or ThO2 and CaO, MgO or SrO and/or rare earth element oxides and special It constitutes 50 to 3 mol% from Y2O2.

センサ素子を製造するためには層厚0.3〜10mmに約0.5mmを有する未 焼結のセラミック物質からの箔をセラミック支持体として使用することが有利で あると判明した。In order to manufacture the sensor element, a layer thickness of about 0.5 mm is required in the range of 0.3 to 10 mm. It is advantageous to use foils from sintered ceramic materials as ceramic supports. It turned out that there was.

ポンプ電極2および3およびそれに付属するリード板2′および3′は有利には 白金属の1金属、特に白金、または白金属の金属の合金または白金属の金屑とほ かの金属との合金から構成する。場合によりこれらはセラミック質の支持材質、 例えばYSZ粉末の形で、容量成分有利には約40容量%で含有する。これらは 多孔性でかつできるだけ薄い。有利にはこれらは厚さ8〜15μmを有する。ポ ンプ電極に付属するリード板は有利には同様に白金または記載のタイプの白金合 金から構成する。さらにそれらは同様に貴金属−サーメットをベースとするペー ストから出発して製造するこができる。The pump electrodes 2 and 3 and the associated lead plates 2' and 3' are preferably A metal of white metal, especially platinum, or an alloy of metal of white metal, or gold scrap of white metal. It consists of an alloy with the following metals. In some cases these are ceramic support materials, For example in the form of YSZ powder, the volume component preferably contains about 40% by volume. these are Porous and as thin as possible. Preferably they have a thickness of 8 to 15 μm. Po The lead plates attached to the pump electrodes are also advantageously made of platinum or a platinum alloy of the type mentioned. Composed of gold. Moreover, they are also made of precious metal-cermet based paper. It can be manufactured starting from a stock market.

ポンプ電極およびリード板の印刷に適するペーストを公知のように有機の結合剤 および/または耐剥性剤、軟化剤および有機の溶剤を使用して製造することがで きる。その際同時に絶縁性中間層を製造すべきときは、該ペーストに5価のまた はそれより高い価の陽イオンを有する化合物、例えばN b 20 sの僅少の 量を添加することができる。耐剥性の添加剤としては、例えばAl2osまたは Z r O2が適している。Organic binder as known paste suitable for printing pump electrodes and lead plates and/or using anti-peeling agents, softeners and organic solvents. Wear. If an insulating intermediate layer is to be manufactured at the same time, the paste may contain pentavalent or is a compound with a higher valence cation, such as a small amount of Nb20s. amount can be added. Examples of anti-peeling additives include Al2os or Z r O2 is suitable.

気密の被覆層7を、通常平面のセンサ素子で電極の被覆に使われているような、 例えばAI、O,またはMgスピネルをベースとする層から構成する。The airtight coating layer 7 is formed by using a layer 7, such as that used to cover electrodes in a flat sensor element. For example, it consists of layers based on AI, O or Mg spinel.

第3図に例として示した本発明によるセンサ素子の実施態様の場合は該固体電解 質層9を公知の、02−イオンを伝導する固体電解質層の製造に使用される4価 の金属、特に2価のアルカリ土酸化物および/または有利には希土属元素の3価 の酸化物の含有量を有するZrO2、CeO2、HfO2およびThO2のよう な酸化物から構成する。典型的には該層を約50〜97モル%までをZrO,、 CeO2、HfO2または’rhosからおよび50〜3モル%までをCab、 MgOまたはSrOおよび/または希土属元素の酸化物およびとくにY、03か ら構成することができる。有利には、該層をy、o、で安定化されたZrO,か ら構成する。該層の厚さは有利には10〜200μm1特に15〜50μmであ ればよい。In the case of the embodiment of the sensor element according to the invention shown by way of example in FIG. The electrolyte layer 9 is a known tetravalent electrolyte layer used in the production of a solid electrolyte layer that conducts 02- ions. metals, especially divalent alkaline earth oxides and/or preferably trivalent rare earth elements. such as ZrO2, CeO2, HfO2 and ThO2 with an oxide content of Composed of oxides. Typically the layer comprises up to about 50-97 mole percent ZrO, from CeO2, HfO2 or 'rhos and up to 50-3 mol% Cab, MgO or SrO and/or oxides of rare earth elements and especially Y, 03 or It can be configured from Advantageously, the layer is made of ZrO, stabilized with y,o, Configure from The thickness of the layer is advantageously between 10 and 200 μm, especially between 15 and 50 μm. That's fine.

固体電解質層の製造には使用されるペーストを結合剤および/または耐剥性剤、 軟化剤および有機溶剤を使用して製造することができる。For the production of the solid electrolyte layer, the paste used is combined with a binder and/or an anti-peeling agent, It can be manufactured using softeners and organic solvents.

外部ポンプ電極3のリード板3′を固体電解質層8に対して絶縁する絶縁層 1 0を平面のセンサ素子の製造の際に固体電解質に対しリード板を絶縁するために 通常製造されるように、例えばA I 20 sをベースとする絶縁性層が構成 する。該絶縁層10は例えば厚さ15〜20μmでよい。Insulating layer 1 that insulates the lead plate 3' of the external pump electrode 3 from the solid electrolyte layer 8 0 to insulate the lead plate from the solid electrolyte when manufacturing flat sensor elements. As normally manufactured, an insulating layer based on AI20s, for example, is constructed. do. The insulating layer 10 may have a thickness of 15 to 20 μm, for example.

また場合によりこのような絶縁層を支持体1および内部ポンプ電極2のリード板 2′の間に配置することもできる、例えば該支持体が固体電解質をベースとする 支持体、例えばZrO,支持体である場合である。In addition, in some cases, such an insulating layer may be applied to the support 1 and the lead plate of the internal pump electrode 2. 2', for example when the support is based on a solid electrolyte. This is the case when the support is a ZrO support.

それにしてもこのような絶縁層の配置は必ずしも必要でない。However, such an arrangement of the insulating layer is not necessarily required.

釉11は多孔性で、通例平面のセンサ素子で電極の被覆に使われるように、例え ばAIto3またはMgスピネルをペーストとする層から構成する。該軸の厚さ は例えば10〜40μmにある。The glaze 11 is porous and typically used for covering electrodes in flat sensor elements, e.g. For example, it is composed of a layer made of AIto3 or Mg spinel as a paste. Thickness of the shaft is, for example, in the range of 10 to 40 μm.

本発明の有利な態様によれば該多孔性の釉を西トイ特許出願公開第373721 5号明細書から公知のタイプのその中に埋込れたZrO2粒子を有するAIs。According to an advantageous embodiment of the invention, the porous glaze is AIs with ZrO2 particles embedded therein of the type known from No. 5.

3および/またはMgスピネル母材から構成する。3 and/or Mg spinel matrix.

実施例 第3図に図式に示したタイプのセンサ素子の製造のために支持体として層厚0. 5mmのイットルウノ、で安定化された二酸化ジルコニウムからの箔を使用した 。第2図に示した幾何学的形状を有する拡散層5をテオブロミンおよび10μm の粒度を有するあらい粒子のZrO2からの混合物からのスクリーン印刷層によ って厚膜技術にもたらし、その際該テオブロミンを後の焼結工程で温度帯域約3 00℃で蒸発させる。該Zrow固体電解質層9を粒子大きさ1〜2μmのY2 O、で安定化したZrO,からのペーストの印刷で製造する。印刷した層は厚さ 80μmである。白金からなるポンプ電極2および3の取り付けは同様に公知の スクリーン印刷技術で行い、その際、外部ポンプ電極を支えている固体電解質層 の表面上に外部ポンプ電極のリード板の帯域で先づ10μm厚さのA1.O,絶 縁層を支える。ポンプ電極は厚さ12μmを有する。該リード板は通常のpt− サーメットペーストから出発しPt粒末85重量部およびYSZ粉末15重量% から製造される。Example For the production of a sensor element of the type shown diagrammatically in FIG. 3, a layer thickness of 0. Using foil from zirconium dioxide stabilized with 5 mm . A diffusion layer 5 having the geometrical shape shown in FIG. By means of a screen printing layer from a mixture of ZrO2 of rough particles with a particle size of This brings about thick film technology, in which the theobromine is processed in a temperature range of about 3 in the subsequent sintering process. Evaporate at 00°C. The Zrow solid electrolyte layer 9 is made of Y2 having a particle size of 1 to 2 μm. It is manufactured by printing a paste from ZrO, stabilized with O,. The printed layer is thick It is 80 μm. The attachment of the pump electrodes 2 and 3 made of platinum is likewise known. Made using screen printing technology, the solid electrolyte layer supporting the external pump electrodes 10 μm thick A1. on the surface of the external pump electrode lead plate zone. O, absolute Supports the marginal layer. The pump electrode has a thickness of 12 μm. The lead plate is a normal PT- Starting from cermet paste, 85 parts by weight of Pt powder and 15% by weight of YSZ powder Manufactured from.

釉11の製造のためにはAl2O3をベースとするペーストを印刷する。該軸は 厚さ約30μmである。To produce the glaze 11, a paste based on Al2O3 is printed. The axis is The thickness is approximately 30 μm.

該被覆層7を同様にAIto、をベースとするペーストから出発して印刷する。The covering layer 7 is likewise printed starting from a paste based on AIto.

これは厚さ約10μmであった。This had a thickness of about 10 μm.

電極、リード板、絶縁層ならびに釉および被覆層の塗装の後に被覆した支持体を 焼結工程にかける、そこではそれは約3時間の長さ温度1380℃の領域で加熱 される。After coating the electrode, lead plate, insulating layer, glaze and coating layer, the coated support is Subjected to a sintering process, in which it is heated in the region of temperature 1380℃ for a length of about 3 hours be done.

製造されたセンサ素子を歯形部分を切り離して相応した校正の後西ドイツ特許出 願公開第3206903号明細書から公知のタイプのハウジングに装備しガス混 合物のλ値の測定に使用する。こうしてすぐれた再現可能の試験結果を得た。After cutting off the tooth profile of the manufactured sensor element and calibrating it accordingly, a West German patent was issued. It is installed in a housing of the type known from Application No. 3,206,903 and is used for gas mixing. Used to measure the λ value of compounds. Excellent and reproducible test results were thus obtained.

有利には本発明によるセンサ素子の製造を機械的に多重印刷パネルで行う。有利 にはゾンデの巾は約4〜5mmにある。その際電極の直径は有利には3〜4mm 1例えば3.6mmである。Preferably, the sensor element according to the invention is produced mechanically in multiple printed panels. advantageous The width of the sonde is approximately 4 to 5 mm. The diameter of the electrode is then preferably 3 to 4 mm. 1, for example, 3.6 mm.

−−−m−1m、 PCT/LSI’:89100731国際調査報告 DE 8900731 SA 32509---m-1m, PCT/LSI':89100731 International Search Report DE 8900731 SA 32509

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.1つのセラミック支持体上に配置された外部および内部ポンプ電圧と、この うち内部電極は拡散バリヤーとして作用する拡散層を通して導入される測定ガス のために到達可能であり、拡散層ならびにポンプ電極のためのリード板を覆う気 密の被覆とを有するガス混合物の、特に内燃機関の排ガスのλ価の測定用限界電 流式センサのためのセンサ素子において、拡散層(5)がセンサ素子の校正のた めに調整できることを特徴とするガス混合物のλ値の測定用限界電流式センサの ためのセンサ素子。1. External and internal pump voltages placed on one ceramic support and this The internal electrode contains the measuring gas introduced through the diffusion layer, which acts as a diffusion barrier. air covering the diffusion layer as well as the lead plate for the pump electrode. limit voltage for the determination of the λ value of gas mixtures with a dense coating, in particular of the exhaust gases of internal combustion engines. In a sensor element for a flow sensor, a diffusion layer (5) is used for calibration of the sensor element. Limiting current sensor for measuring the λ value of gas mixtures, characterized in that it can be adjusted to sensor element for. 2.該拡散層(5)の測定ガス入口開口部に向う面が歯形状の調整帯域に形成さ れていて、その機械でまたはレーザ切断での部分が拡散層(5)の拡散抵抗を変 えながら切り離しできる請求項1記載のセンサ素子。2. The surface of the diffusion layer (5) facing the measurement gas inlet opening is formed into a tooth-shaped adjustment zone. The mechanical or laser cutting part changes the diffusion resistance of the diffusion layer (5). The sensor element according to claim 1, which can be separated while being moved. 3.歯形状の調整帯域(8)において歯形の数、長さおよび互の距離が、内部ポ ンプ電極が拡散する測定ガス量に相応して有利な負荷範囲で作動できるように選 択される請求項2記載のセンサ素子。3. In the tooth profile adjustment zone (8), the number, length and mutual distance of the tooth profiles are adjusted according to the internal point. The pump electrodes are selected in such a way that they can be operated in an advantageous load range commensurate with the amount of measured gas being diffused. The sensor element according to claim 2, wherein the sensor element is selected from the group consisting of: 4.該拡散層5がAl2O3またはZrO2をベースとする多孔性層からなる請 求項1または2記載のセンサ素子。4. The diffusion layer 5 may be made of a porous layer based on Al2O3 or ZrO2. The sensor element according to claim 1 or 2. 5.該拡散層(5)が歯形状調整帯域(8)と共にスクリーン印刷注に従い固体 電解支持体(1)に印刷されている請求項1から3までのいずれか1項記載のセ ンサ素子。5. The diffusion layer (5) together with the tooth profile adjustment zone (8) is solid according to screen printing notes. A cell according to any one of claims 1 to 3 printed on the electrolytic support (1). sensor element. 6.拡散層(5)を覆っている気密の被覆層(7)がスクリーン印刷技術で造ら れた固体電解質層からなっている請求項1から5までのいずれか1項記載のセン サ素子。6. The airtight covering layer (7) covering the diffusion layer (5) is made by screen printing technology. The sensor according to any one of claims 1 to 5, comprising a solid electrolyte layer comprising: Sa element. 7.該固体電解質支持体(1)がY2O3で安定化されたZrO2からなってい る請求項1から6のいずれか1項記載のセンサ素子。7. The solid electrolyte support (1) is made of ZrO2 stabilized with Y2O3. The sensor element according to any one of claims 1 to 6.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001153835A (en) * 1999-09-17 2001-06-08 Denso Corp Output regulating method for gas sensor element
JP2006030165A (en) * 2004-06-14 2006-02-02 Denso Corp Gas sensor element

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4032436A1 (en) * 1990-10-12 1992-04-16 Bosch Gmbh Robert SENSOR ELEMENT FOR LIMIT CURRENT SENSORS FOR DETERMINING THE (GAMMA) VALUE OF GAS MIXTURES
DE4226540A1 (en) * 1992-08-11 1994-04-21 Bosch Gmbh Robert Polarographic sensor
DE4231966A1 (en) * 1992-09-24 1994-03-31 Bosch Gmbh Robert Planar polarographic probe for determining the lambda value of gas mixtures
DE4243733C2 (en) * 1992-12-23 2003-03-27 Bosch Gmbh Robert Sensor for determining gas components and / or gas concentrations in gas mixtures
DE4333230B4 (en) * 1993-09-30 2004-03-25 Robert Bosch Gmbh Electrochemical sensor for determining the oxygen content in gases
US5593558A (en) * 1994-06-09 1997-01-14 Nippondenso Co., Ltd. Oxygen concentration detector
US5558752A (en) * 1995-04-28 1996-09-24 General Motors Corporation Exhaust gas sensor diagnostic
DE19744316C2 (en) * 1997-10-08 2000-09-21 Univ Karlsruhe Oxygen sensitive resistance material
US6055840A (en) * 1998-01-21 2000-05-02 Industrial Scientific Corporation Method and apparatus for determining concentration of a gas
DE10019979C1 (en) * 2000-04-22 2001-10-04 Dornier Gmbh Electrical material sensor used for determining the concentration of a component in a gas mixture has an intermediate layer arranged between a sensor function layer and a structural element
DE10114645C1 (en) * 2001-03-24 2003-01-02 Daimler Chrysler Ag Exhaust gas oxygen sensor for road vehicle has oxygen sensitive-layer based on complex metal oxide including lanthanum, copper and iron
DE10121889C2 (en) * 2001-05-05 2003-07-24 Bosch Gmbh Robert sensor element
DE10151328B4 (en) * 2001-10-17 2005-05-04 Robert Bosch Gmbh Gas sensor
DE10224055B4 (en) * 2002-05-31 2007-12-27 Robert Bosch Gmbh Method for calibrating a sensor element for a limiting current probe
DE10238938B4 (en) * 2002-08-24 2004-07-29 Robert Bosch Gmbh Process for producing a layer system and use of the process
DE102004029375A1 (en) * 2004-06-17 2006-01-05 Robert Bosch Gmbh Method for calibrating a sensor element for a limiting current probe
US7866026B1 (en) * 2006-08-01 2011-01-11 Abbott Diabetes Care Inc. Method for making calibration-adjusted sensors
DE102013205037A1 (en) * 2013-03-21 2014-09-25 Robert Bosch Gmbh Sensor element and exhaust gas sensor comprising a sensor element
KR101693531B1 (en) 2014-11-06 2017-01-18 주식회사 아모텍 A nitrogen oxide sensor

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE310498C (en) *
DE2923483A1 (en) * 1979-06-09 1980-12-11 Bosch Gmbh Robert POLAROGRAPHIC PROBE FOR DETERMINING THE OXYGEN CONTENT IN GAS, ESPECIALLY IN EXHAUST GAS FROM COMBUSTION ENGINES
DE3017947A1 (en) * 1980-05-10 1981-11-12 Bosch Gmbh Robert ELECTROCHEMICAL SENSOR FOR DETERMINING THE OXYGEN CONTENT IN GAS AND METHOD FOR PRODUCING SENSOR ELEMENTS FOR SUCH SENSOR
DE3104986A1 (en) * 1981-02-12 1982-08-19 Bosch Gmbh Robert Polarographic sensor for the determination of the oxygen content of gases
JPS6086457A (en) * 1983-10-19 1985-05-16 Hitachi Ltd Air fuel ratio sensor for controlling engine
JPS60173461A (en) * 1984-02-20 1985-09-06 Nissan Motor Co Ltd Oxygen sensor
US4634514A (en) * 1985-02-14 1987-01-06 Ngk Insulators, Ltd. Electrochemical apparatus and method of manufacturing the same
DE3513761A1 (en) * 1985-04-17 1986-10-23 Bayer Diagnostic & Electronic ELECTROCHEMICAL PROBE
JPH0623727B2 (en) * 1985-08-30 1994-03-30 日本碍子株式会社 Electrochemical device and method for manufacturing the same
US4724061A (en) * 1986-08-21 1988-02-09 General Motors Corporation Automotive, internal reference, solid electrolyte, lean oxygen sensor
JPH0810211B2 (en) * 1986-09-05 1996-01-31 日本碍子株式会社 Gas sensor and manufacturing method thereof
DE3728289C1 (en) * 1987-08-25 1988-08-04 Bosch Gmbh Robert Limit current probe working according to the polarographic measuring principle
DE3728618C1 (en) * 1987-08-27 1988-03-10 Bosch Gmbh Robert Sensor element for limit current sensors for determining the lambda value of gas mixtures
US4810529A (en) * 1987-09-06 1989-03-07 General Motors Corporation Method of producing a miniature internal reference gas chamber within an automotive, internal reference, solid electrolyte, lean oxygen sensor
DE3809154C1 (en) * 1988-03-18 1988-12-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001153835A (en) * 1999-09-17 2001-06-08 Denso Corp Output regulating method for gas sensor element
JP2006030165A (en) * 2004-06-14 2006-02-02 Denso Corp Gas sensor element
JP4653546B2 (en) * 2004-06-14 2011-03-16 株式会社デンソー Gas sensor element

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Publication number Publication date
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DE3841611A1 (en) 1990-06-13
DE58907625D1 (en) 1994-06-09
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DE3841611C2 (en) 1990-09-20
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